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目的:设计一种应用于微创寰枢椎前路经关节融合固定术(ATS)的新型螺钉,其直径较传统螺钉明显增粗,两端为螺纹结构,中间为多孔金属结构,利用多孔金属结构能够有效促进骨融合的特点,弥补传统ATS固定强度不足,骨融合困难的缺点,并通过有限元分析验证其生物力学稳定性,为治疗寰枢椎疾病提供新的手术方案。研究方法:从中国医科大学附属盛京医院影像学系统中导出100例颈椎数据,导入Mimics 19.0进行三维重建。于Mimics19.0三维重建中植入寰枢椎前路经关节融合内固定一体化装置,完成对寰枢椎前路经关节融合内固定一体化装置的直径,长度,螺纹与多孔金属结构构成比例。并制定植入装置所需的个体化导板,验证植入装置的安全性与精准性。将Mimics 19.0三维重建的寰枢椎复合体进行3D打印模型,在模型中植入寰枢椎前路经关节融合内固定一体化装置模拟入钉路径,验证入钉的安全性、合理性及精确性。按照手术方式于寰枢椎三维模型中置入新型ATS螺钉,完成对新型ATS螺钉的直径,长度以及螺纹与多孔金属结构构成比例等相关参数的设定。建立上颈椎有限元模型并验证模型的有效性,然后对寰枢椎后路经椎弓根螺钉内固定术、传统寰枢椎前路经关节突内固定术、新型螺钉寰枢椎前路经关节突内固定术三种模型进行有限元生物力学分析,验证新型ATS螺钉生物力学的有效性。结果:通过测量寰枢椎相关参数,新型螺钉设计参数如下:直径(6-7mm),头端螺纹结构8-10mm,中段多孔金属8mm(中段多孔结构内含外直径3mm、内直径1mm的环形柱体,便于导针的置入),尾端螺纹结构6-8mm,全长23-26mm。通过在建立的三种寰枢椎融合方式的有限元模型上沿着不同方向上给寰枢椎复合体施加1.5Nm生理载荷的力矩,当给予相同载荷条件下,寰枢椎在轴向旋转、屈伸、侧屈方向上角度变化,计算模型刚度,寰枢椎后路融合术刚度记为A,传统寰枢椎前路融合术刚度记为B,新型ATS刚度记为C。通过对比数据可得,当给予相同载荷条件下,在轴向旋转方面,C>A>B;在屈曲方面,A>C>B;在伸展方面,A>C>B;在侧屈方面,C>B>A。对比传统寰枢椎前路手术与新型ATS螺钉头部、C1与C2最大应力,增粗螺钉直径使新型ATS螺钉、C1与C2所受局部最大应力均小于传统寰枢椎前路手术。结论:利用医学数字化技术进行三维重建及3D打印技术可以提供一个精确的骨性寰枢椎复合体结构,可于模型中实现对寰枢椎前路经关节内固定融合一体化装置的设计及装置的合理植入,通过对寰枢椎相关数据进行测量,发现ATS手术可以置入更大直径的螺钉,新型ATS螺钉可以充分利用寰枢椎侧块空间,增加固定的稳定性。通过有限元分析验证,新型螺钉的生物力学稳定性优于传统寰枢椎前路经关节突内固定术;新型ATS螺钉拥有的多孔金属结构可能会促进寰枢关节间的融合,使微创前路手术的骨融合效果更加确切。